机械工程材料基础第一章机械零件的失效分析一、基本要求本章主要介绍了机械零件在常温静载下的过量变形、在静载和冲击载荷下的断裂、在交变载荷下的疲劳断裂、零件的磨损失效和腐蚀失效以及在高温下的蠕变变形和断裂失效。要求学生掌握全部内容。二、重点内容1零件的过量变形以及性能指标，如屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度等。2零件在静载和冲击载荷下的断裂及性能指标，如冲击韧性、断裂韧性等。3零件在交变载荷下的疲劳断裂、疲劳抗力指标及影响因素。4零件的磨损和腐蚀失效以及防止措施。5零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。三、难点断裂韧性及衡量指标，影响断裂的因素。四、基本知识点第一节零件在常温静载下的过量变形1、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为变形。材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化。弹性变形：外力去除后可恢复变形。塑性变形：外力去除后不可恢复。低碳钢，正火、退火、调质态的中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合金及某些高分子材料都具有图1-1所示的应力-应变行为。即在拉伸应力的作用下的变形过程分为四个阶段。弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形。图1-1低碳钢拉伸时的应力-应变曲线示意图图1-2三种类型材料的应力-应变曲线示意图1-纯金属2-脆性材料3-高弹性材料2、静载试验材料性能指标第1页共23页刚度。零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。强度。材料抵抗变形或者断裂的能力，屈服强度、抗拉强度、断裂强度。弹性指标：弹性比功。塑性指标：伸长率、断面收缩率。硬度：布氏硬度（hb）、洛氏硬度（hrc）、维氏硬度（hv）3过量变形失效过量弹性变形抗力指标：弹性模量e或者切变模量g。过量塑性变形抗力指标：比列极限、弹性极限或者屈服强度。第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂1、基本概念断裂。材料在应力作用下分为两个或两个以上部分的现象。韧性断裂。断裂前发生明显宏观塑性变形。脆性断裂。断裂前不发生塑性变形，断裂后其断口齐平，由无数发亮的小平面组成。2、冲击韧性及衡量指标冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。冲击试验与衡量指标。冲击吸收功ak或冲击韧度ak。工程材料的冲击吸收功通常是在室温测得，若降低试验温度，在低温下不同温度进行冲击试验（称之为低温冲击试验或系列冲击试验），可以得到冲击吸收功ak随温度的变化曲线，如图1-3所示。图1-3三种钢的冲击韧性随温度变化曲线示意图tk为韧脆转变温度。ak-t曲线上冲击吸收功急剧变化的温度。当试验温度低于tk时，冲击吸收功明显降低，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。3、断裂韧性及衡量指标断裂韧度kic：是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，第2页共23页指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力，单位：mpa·m1/2或者mn·m-3/2断裂判据：kikic构件发生脆性断裂ki＝kic构件发生低应力脆性断裂的临界条件4、影响脆性断裂的因素决定材料断裂类型的主要因素有：加载方式、材料本质、温度、加载速度、应力集中及零件尺寸。加载方式不同，断裂方式不同；一般降低温度和增加加载速度都会引起材料催化；应力集中改变了应力状态，σmax↑，τmax↓，α↓；单向拉伸α＝0.5，而缺口拉伸试样α2、磨损的过程和机理粘着磨损：1）定义：又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副的接触面发生金属粘着，在随后的相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。2）过程。3）粘着磨损的特点。磨损速度大；破坏严重。4）防止措施：合理选材，摩擦副配对材料选用硬度差较大的材料；提高表面硬度；合理设计减小接触压应力；减小表面粗糙度。磨粒磨损：1）定义。又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件表面存在硬质磨粒，使磨面发生局部塑性变形，磨粒嵌入、磨粒切割金属表面从而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。2）过程：3）防止措施：提高表面硬度（从选材与材料表面处理方面）；减少磨粒数量（从工作状况方面）。接触疲劳（疲劳磨损，麻点磨损）：1）定义：零件工作面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变第3页共23页接触压应...
